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Die allergenspezifische Immuntherapie ist derzeit die einzige kausale Behandlungsmöglichkeit von Soforttypallergien. Trotzdem ist weiterhin unklar, welcher Parameter für den Behandlungserfolg einer spezifischen Immuntherapie (SIT) pathogenetisch bedeutsam ist. Zusammenfassend zeigte sich, dass für eine pulmonale Soforttypallergie in einem Asthmamodell in der Maus erfolgreich eine SIT etabliert werden konnte, die in einer Reihe von Parametern mit einer SIT im Menschen vergleichbar ist. Dies ist das erste Modell einer pulmonalen Soforttypallergie in der Maus, an dem neben den Wirkprinzipien der SIT auch neue Therapiestrategien untersucht werden können. Eine Behandlung mit SIT in Kombination mit einem immunmodulatorisch wirksamen IL-4/IL-13 Antagonisten zeigte jedoch keinen zusätzlichen therapeutischen Nutzen, welches die scheinbar untergeordnete Rolle der Zytokine IL-4 und IL-13 bei etablierten Allergien untermauert.
T-Zellimmunantworten werden normalerweise durch folgenden Weg initiiert: unreife dendritische Zellen nehmen Antigen in der Peripherie auf, wandern in die sekundären lymphatischen Organe, wobei sie auf ihrem Weg sowohl reifen als auch das Antigen prozessieren. In den sekundären lymphatischen Organen angekommen, präsentieren sie als reife dendritische Zellen den T-Zellen die Antigene in Form von Peptiden zusammen mit kostimulierenden Molekülen. Dadurch rufen sie eine spezifische T-Zellantwort hervor. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob nicht Situationen herbeigeführt werden können, die ein T-Zell priming außerhalb der sekundären lymphatischen Organe erlauben. Dazu wurden ein murines Modell, bei dem das Zytokin Lymphotoxin-alpha spezifisch am Tumor angereichert wurde, und ein humanes Modell, bei dem reife, antigenbeladene DC intradermal appliziert wurden, untersucht. Im murinen Modell zeigte sich, dass die gerichtete Anreicherung von Lymphotoxin-alpha am Tumor zu dessen Zerstörung führte, welche durch T-Zellen vermittelt wurde, und mit der Induktion eines tertiären lymphatischen Gewebes am Tumor assoziiert war. Dieses tertiäre lymphatische Gewebe war durch die Kompartimentalisierung von T- und B-Zellen und der Präsenz von high endothelial venules charakterisiert und besaß zudem mit dendritischen Zellen und naïven T-Zellen alle Voraussetzungen für ein in loco priming. Dementsprechend konnte in der Folge der gerichteten Lymphotoxin-alpa Therapie im Tumor ein Anstieg am T-Zellinfiltrat, welches sich oligoklonal zusammensetzte, beobachtet werden. In vitro Experimente verdeutlichte die Tumorspezifität der Therapie-induzierten T-Zellantwort, da die T-Zellen auf ein Tumorantigen mit der Ausschüttung von Interferon gamma reagierten und die Tumorzellen lysierten. Im humanen Modell wurden Hautbiopsien von Melanompatienten untersucht, denen im Rahmen einer klinischen Studie autologe, in vitro generierte und antigenbeladene DC intradermal appliziert wurden. Die Patienten erlaubten die Entnahme von Hautbiopsien aus den Injektionsstellen für wissenschaftliche Untersuchungen. Eine Induktion bzw. Verstärkung einer spezifischen T-Zellantwort durch die Vakzinierung mit antigenbeladenen dendritischen Zellen konnte bereits in zahlreichen Arbeiten und auch in dem in dieser Arbeit untersuchten Patientenkollektiv gezeigt werden. Bei der Analyse der Injektionsstellen zeigt sich, dass ein großer Teil der injizierten dendritischen Zellen in der Vakzinierungsstelle verharren und dass diese unabhängig von einer Beladung mit Antigen zu einer Induktion von high endothelial venules Charakteristika führte. Waren die dendritischen Zellen mit Antigen beladen, so führte dies zu einem stärkeren T-Zellinfiltrat in den Injektionsstellen, wobei sowohl naïve als auch central memory T-Zellen nachgewiesen wurde. Diese Zellen wurden vermutlich durch die Überexpression der DC CK1 und SDF1 Chemokinen in den Injektionsstellen, die chemotaktisch auf T-Zellen wirken, angezogen. Das Infiltrat in den Injektionsstellen war oligoklonal und wies tumorspezifische T-Zellen auf. Nachdem diese T-Zellklone im Blut der Patienten vor der Vakzinierung nicht nachweisbar waren, müssen sie zumindest in den Injektionsstellen expandiert sein. Interessanterweise konnte einer dieser Klone in Metastasen nachgewiesen werden, die nach der Vakzinierung dem Patienten entfernt wurden. In beiden Modellen wurde also durch die Manipulation des Mikromilieus, d.h. Lymphotoxin-alpa Anreicherung am Tumor bzw. Injektion von reifen dendritischen Zellen in die Haut, Strukturen wie z.B. high endothelial venules induziert, die ein in loco priming ermöglichen sollten. Dementsprechend riefen diese Veränderungen ein Tumorantigen-spezifisches Infiltrat hervor. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass T-Zell priming auch außerhalb sekundärer lymphatischer Organe erfolgen kann. Prinzipiell scheint also nur der Kontakt von reifen, antigenbeladenen dendritischen Zellen mit den entsprechenden antigenspezifischen, naïven T-Zellen entscheiden zu sein. Die Möglichkeit des in vitro primings bekräftigt diese These. In vivo erfolgt dieses Aufeinandertreffen normalerweise in den sekundären lymphatischen Organen, doch konnte in der vorliegenden Arbeit gezeigt werden, dass Veränderungen des Mikromilieus diesen Kontakt auch in anderen Geweben ermöglicht.
Die von Zecken übertragenen Erkrankungen Humane Granulozytäre Ehrlichiose (HGE) und die Humane Babesiose, die zu den neu aufgetretenen Infektionskrankheiten zählen, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Humane Ehrlichiosen sind unspezifische, fieberhafte, mit Leukozytopenie assoziierte Erkrankungen. Der Erreger der HGE, Anaplasma phagocytophilum, vermehrt sich als intrazelluläres Einschlusskörperchen in neutrophilen Granulozyten. Die Ausprägung der klinischen Symptome reicht von einer asymptomatischen Serokonversion über einen milden Verlauf bis zu schweren Krankheitsfällen mit Todesfolge. Die Übertragung auf den Menschen erfolgt in Europa durch Zecken der Gattung Ixodes (Ixodes ricinus). Die Diagnosestellung kann durch den Nachweis von Mikrokolonien in Granulozyten in einem peripheren Blutausstrich, PCR sowie serologische Nachweisverfahren (IFT, ELISA) erfolgen. Die Humane Babesiose ähnelt in ihrer klinischen Präsentation der Malaria. Die akut fieberhafte Erkrankung geht oft mit Myalgien und einer hämolytischen Anämie einher. Babesien sind Protozoen und intrazellulär in Erythrozyten zu finden. Babesiose kann durch die Untersuchung peripherer Blutausstriche, PCR oder Serologie diagnostiziert werden. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde ein Risikokollektiv von 490 Waldarbeitern aus Süddeutschland mittels IFT auf die Seroprävalenz von Antikörpern gegen die Erreger der HGE und Babesiose untersucht. Diese waren im Vorfeld auf Antikörper gegen B. burgdorferi untersucht worden. Als Kontrollgruppe standen 263 gesunde Blutspender zur Verfügung. Von 490 der getesteten Seren wiesen 85 (17,3%) Antikörper auf. Antikörper gegen B. burgdorferi wiesen 18 (21,2%) der HGE-positiven Seren auf. Antikörper gegen Babesien konnten bei 10 (11,8%) der HGE-positiven Seren gefunden werden. Antikörper gegen alle drei Erreger fanden sich in 2 der Patientenseren. Antikörper gegen B. microti konnten in 68 (13,9%) der 490 Waldarbeiterseren nachgewiesen werden. Davon hatten 16 (20,5%) auch Antikörper gegen B. burgdorferi. Das Waldarbeiterkollektiv wies nach dem exakten Chi-Quadrat Test nach Fisher signifikant häufiger Antikörper auf (p< 0,001)als das Blutspenderkollektiv. Im zweiten Teil der Arbeit wurde versucht, den Erreger der HGE bei 10 Patienten mit akut fieberhafter Erkrankung nach Zeckenstich durch nested PCR, sowie durch Realtime-PCR (Light-Cycler) nachzuweisen. Eine HGE spezifische DNA-Sequenz konnte aus keiner der aus den Granulozyten isolierten DNA-Proben nachgewiesen werden. Es konnte gezeigt werden, dass Bevölkerungsgruppen in Süddeutschland, die vermehrt Zeckenbissen ausgesetzt sind, Risikokollektive für HGE und Babesiose darstellen. Die hohe Prävalenz von HGE und Babesiose in der untersuchten Risikogruppe verdeutlicht die Wichtigkeit, die Erreger in die Differentialdiagnose fieberhafter Erkrankungen nach Zeckenstich aufzunehmen. Ehrlichiosen oder Babesiosen könnten auch die Erklärung für „seronegative Lyme-Borreliose“ sein. Im Fall der Babesiose kommt auch bei einer Malaria, die auf die übliche Medikation nicht anspricht, die differentialdiagnostische Überlegung einer Babesiose in Frage. In Deutschland konnte bis heute noch keine akute HGE-Erkrankung durch PCR diagnostiziert werden. Im Gegensatz zur einheitlich standardisierten Labordiagnostik bei Lyme-Borreliose und RMSF ist kein optimaler Algorithmus für die Laborbestätigung der Humanen Ehrlichiose und Babesiose etabliert. Es besteht somit weiterhin großer Forschungsbedarf auf dem Gebiet der durch Zecken übertragenen Erkrankungen in Deutschland und Europa.
IL-4 und IL-13 sind wichtige Faktoren bei der Entwicklung allergischer Erkrankungen. In dieser Arbeit wird die Rolle von IL-4 und IL-13 in einem Maus-Modell für allergisches Asthma während der allergischen Sensibilisierung und in einer etablierten asthmatischen Erkrankung untersucht. Weiterhin wird die Rolle von IL-4 und IL-13 in frühen Stadien der atopischen Dermatitis in einem Maus-Modell betrachtet. In einem Maus-Modell für allergisches Asthma mit anhaltender IgE-Synthese und einer persistierenden allergischen Atemwegspathologie konnte gezeigt werden, dass die Inhibition des IL-4/IL-13 Systems während der allergischen Sensibilisierung zu einer dosisabhängigen Reduktion der allergen-spezifischen IgE-Titer, zur Inhibition der Atemwegseosinophilie, zur Reduktion der IL-5-Spiegel in der BAL und zu einer gesenkten Anzahl von IL-4 sezernierenden CD4+ T-Zellen. Weiterhin konnte durch die Inhibition des IL-4/IL-13 Systems die Becherzellmetaplasie signifikant gesenkt werden. Die Inhibition des IL-4/IL-13 Systems nach der Entwicklung der allergischen Atemwegspathologie führte hingegen nicht zu einer signifikanten Reduktion der gemessenen Allergie-Parameter. Daraus lässt sich schließen, dass IL-4 und IL-13 nur eine untergeordnete Rolle in einer etablierten Allergie spielt. Diese Ergebnisse sind insbesondere wichtig, wenn man über das Verwendungspotential eines IL-4/IL-13-Inhibitors in der Allergie-Therapie bei asthmatischen Patienten spekuliert. Weiterhin konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die NC/Nga-Maus ein Modell für die humane atopische Dermatitis darstellt. NC/Nga Mäuse, die unter konventionellen Bedingungen gehalten wurden, entwickeln makroskopische und histologische Hautpathologien, die der humanen atopischen Dermatitis sehr ähneln. Weiterhin entwickeln unter konventionellen Bedingungen gehaltenen NC/Nga Mäuse hohe IgE-Titer im Serum, die mit einer erhöhten Produktion an Th2-Zytokinen verbunden war. Die Inhibition des IL-4/IL-13-Systems führte in diesem Modell jedoch nicht zu einer Reduktion von Symptomen und Pathologien der humanen atopischen Dermatitis. Deswegen kann man spekulieren, dass die Inhibition des IL-4/IL-13-Systems zu einem zu späten Zeitpunkt erfolgte. Des Weiteren kann eine nicht-standardisierte Sensibilisierung bei Mäusen, die in einer konventionellen Tierhaltung gehalten werden, zu einem sehr unterschiedlichen Ausbruch der Dermatitis führen. Deshalb werden weitere Tierversuche mit einer höheren Anzahl von Tieren, die zwischen den Würfen randomisiert werden, nötig sein, um die Rolle von IL-4 und IL-13 in der atopischen Dermatitis zu klären.
The extracellular matrix within connective tissues represents a structural scaffold as well as a barrier for motile cells, such as invading tumor cells or passenger leukocytes. It remains unclear how different cell types utilize matrix-degrading enzymes for proteolytic migration strategies and, on the other hand, non-proteolytic strategies to overcome 3D fibrillar matrix networks. To monitor cell migration, a 3D collagen model in vitro or the mouse dermis in vivo were used, in combination with time-lapse video-, confocal- or intravital multiphoton-microscopy, and computer-assisted cell tracking. Expression of proteases, including several MMPs, ADAMs, serine proteases and cathepsins, was shown by flow cytometry, Western blot, zymography, and RT-PCR. Protease activity by migrating HT-1080 fibrosarcoma cells resulting in collagenolysis in situ and generation of tube-like matrix defects was detected by three newly developed techniques:(i) quantitative FITC-release from FITC-labelled collagen, (ii) structural alteration of the pyhsical matrix structure (macroscopically and microscopically), and (iii) the visualization of focal in situ cleavage of individual collagen fibers. The results show that highly invasive ollagenolytic cells utilized a spindle-shaped "mesenchymal" migration strategy, which involved beta1 integrindependent interaction with fibers, coclustering of beta1 integrins and matrix metalloproteinases (MMPs) at fiber bundling sites, and the proteolytic generation of a tube-like matrix-defect by MMPs and additional proteases. In contrast to tumor cells, activated T cells migrated through the collagen fiber network by flexible "amoeboid" crawling including a roundish, elliptoid shape and morphological adaptation along collagen fibers, which was independent of collagenase function and fiber degradation. Abrogation of collagenolysis in tumor cells was achieved by a cocktail of broad-spectrum protease inhibitors at non-toxic conditions blocking collagenolysis by up to 95%. While in T cells protease inhibition induced neither morphodynamic changes nor reduced migration rates, in tumor cells a time-dependent conversion was obtained from proteolytic mesenchymal to non-proteolytic amoeboid migration in collagen lattices in vitro as well as the mouse dermis in vivo monitored by intravital microscopy. Tumor cells vigorously squeezed through matrix gaps and formed constriction rings in regions of narrow space, while the matrix structure remained intact. MMPs were excluded from fiber binding sites and beta1 integrin distribution was non-clustered linear. Besides for fibrosarcoma cells, this mesenchymal-toameboid transition (MAT) was confirmed for epithelial MDA-MB-231 breast carcinoma cells. In conclusion, cells of different origin exhibit significant diversity as well as plasticity of protease function in migration. In tumor cells, MAT could respresent a functionally important cellular and molecular escape pathway in tumor invasion and migration.
Merkel cell carcinoma (MCC) is an aggressive skin cancer frequently caused by the Merkel cell polyomavirus (MCPyV), and proliferation of MCPyV-positive MCC tumor cells depends on the expression of a virus-encoded truncated Large T antigen (LT) oncoprotein. Here, we asked in which phases of the cell cycle LT activity is required for MCC cell proliferation. Hence, we generated fusion-proteins of MCPyV-LT and parts of geminin (GMMN) or chromatin licensing and DNA replication factor1 (CDT1). This allowed us to ectopically express an LT, which is degraded either in the G1 or G2 phase of the cell cycle, respectively, in MCC cells with inducible T antigen knockdown. We demonstrate that LT expressed only in G1 is capable of rescuing LT knockdown-induced growth suppression while LT expressed in S and G2/M phases fails to support proliferation of MCC cells. These results suggest that the crucial function of LT, which has been demonstrated to be inactivation of the cellular Retinoblastoma protein 1 (RB1) is only required to initiate S phase entry.